Was ist Scandiumoxid?

In seiner Grundform ist Scandiumoxid ein weiches, silberweißes Leichtmetall. Es tritt zumeist als Nebenprodukt bei der Aufbereitung uranhaltiger Erze oder anderer Seltener Erden auf. Anwendung findet Scandiumoxid überall dort, wo besonders harte und zugleich sehr leichte Legierungen benötigt werden. Diese verwendet man bei der Konstruktion leichter Autos und Fahrräder sowie in der Luftfahrt. Eine Legierung aus Aluminium und Scandiumoxid „erleichtert“ Flugzeuge um 15 bis 20 Prozent gegenüber markttypischen Modellen. In der chinesischen Autoindustrie entwickeln sich Aluminium-Scandium-Legierungen immer mehr zum Standard. Europa scheut sich derzeit noch, allzu stark in Scandiumoxid zu investieren, da die Seltene Erde nur aus wenigen Herkunftsländern bezogen werden kann. Auf Dauer wird die europäische und damit auch die deutsche Autoindustrie nicht auf das Leichtmetall verzichten können, wenn sie mit China mithalten will.

Wer gern in Fußballstadien geht, kennt bereits einen weiteren Effekt von Scandiumoxid: seine Fähigkeit, (in Flutlichtern) zu leuchten. Zu guter Letzt tut Scandium noch etwas für die Umwelt – Festoxidbrennstoffzellen mit dieser Seltenen Erde verringern den CO2-Fußabdruck bei der Stromversorgung.

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Fakten über Scandiumoxid

9,1 Tonnen

Weltjahresproduktion

15 – 25 Tonnen

Jährliche Fördermenge weltweit

Erneuerbare Energien könnten den Bedarf im Jahr 2040 auf 72 Tonnen steigen lassen

Für das Gelingen der Energiewende ist Scandiumoxid unverzichtbar, da man es für die Elektrolyse grünen Wasserstoffs benötigt. Denn genau wie Platin wird es in Elektrolyseuren verwendet, und ist somit ein unverzichtbares Schlüsselmineral bei der Wasserstoffproduktion. Scandiumoxid wird zudem in Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) verbaut und weist bei der Festkörperoxid-Elektrolyse (SOEL) eine bessere Leitfähigkeit und niedrigere Betriebstemperaturen auf.

Die Firma Bosch plant, ab dem Jahr 2024 mit der Serienproduktion von Festoxid-Brennstoffzellen zu beginnen. In mehreren Pilotprojekten gelang es der Firma jetzt schon, ihren CO2-Ausstoß signifikant zu reduzieren. In Salzgitter macht das Unternehmen mit einem Projekt große Fortschritte dabei, mit Festoxidbrennstoffzellen eine dezentrale, umweltfreundliche Energieversorgung zu erproben. Die Brennelemente können mit Erdgas, Biomethan und künftig auch grünem Wasserstoff betrieben werden. So produzieren sie auf ökologische Weise Strom und Wärme, wobei sie einen elektrischen Wirkungsgrad von 60 % und unter Mitberücksichtigung der entstehenden Wärme einen Gesamtwirkungsgrad von 85 % aufweisen. Der Wirkungsgrad ist ein Maß für die Effizienz und steht für das Verhältnis zwischen der erzeugten elektrischen und thermischen Energie zu der Energie des eingesetzten Brennstoffs.

Die weltweite Produktion von Scandium liegt bei 20 bis 30 Tonnen pro Jahr. Aufgrund des massiven Ausbaus der erneuerbaren Energien wird jedoch für das Jahr 2040 eine Versorgungslücke von ca. 740% der Jahresproduktion im Jahr 2018 angenommen. Die konservativen Schätzungen für den Bedarf von Scandiumoxid für grüne Energie im Jahr 2040 liegen zwischen 34 und 72 Tonnen, wenn sowohl Scandiumoxid als auch Yttrium verwendet wird. Das Business-as-usual-Szenario würde zu einer Jahresproduktion von 38 Tonnen im Jahr 2030 führen, wenn sich die jährliche Steigerung weiter so fortsetzt.

Abbau und Gewinnung

Herkunftsorte sind derzeit China, die Ukraine und Russland. Auch auf dem Meeresgrund des arktischen Ozeans gibt es riesige Eisen-Mangan-Krusten, die Scandiumoxid enthalten – eine mögliche Quelle der Zukunft. Derzeit ist der Scandium-Markt aber noch zu klein, um diese in 1600 bis 3000 Metern Wassertiefe liegenden Manganknollen zu heben. In kleinen Mengen findet man diese Seltene Erde in bis zu 800 Mineralen. Der Großteil wird bei der Förderung von Thortveitit gewonnen, aber auch bei der von Euxenit, Gadolinit, Scandium-Ixiolit, Bazzit und Kolbekit. Oft fällt Scandium auch als Nebenprodukt bei der Uranproduktion an, zum Beispiel in Kasachstan, Russland und der Ukraine. In Russland entsteht es aus Apatit und, wie bei den Minenprojekten von Rio Tinto in Australien, auch bei der Produktion von Aluminium aus Rotschlamm beim Bauxit-Abbau. Auf den Philippinen wird Scandiumoxid zudem zusammen mit Nickel abgebaut. Das meiste Scandiumoxid stammt aber aus China.

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Wachstumsmärkte

– Flutlichtanlagen
– Aluminium-Scandium-Legierungen für leichte Flugzeuge, Autos und Fahrräder
– Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC)
– Elektrolyseure für grünen Wasserstoff
– Laser
– Magnetische Datenspeicher (z.B. Festplatten)
– PC- und TV-Bildschirme
– Zusatzstoffe in Katalysatoren

Interessanter Fakt:

Einem internationalen Forschungsteam ist es mit Scandiumoxid gelungen, den Grundstein für eine neue Generation Atomuhren zu legen. Statt wie bisher die Resonanz mikrowellenbestrahlter Cäsium- oder Strontiumatome als Taktgeber zu verwenden, setzen die Forscher auf die Resonanz der Atomkerne von Scandiumoxid. Atomuhren, gingen zuvor schon auf eine Sekunde in 15 Milliarden Jahren genau und waren somit die genauesten Zeitmessinstrumente der Welt. Die neuen Scandium-Uhren bedeuten aber nochmal einen gewaltigen Sprung: Sie gehen auf eine Sekunde in 300 Milliarden Jahren genau. Für notorische Zuspätkommer gibt es also keine Entschuldigung mehr.

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Preisentwicklung von Scandiumoxid

Für die Industrie sind 4 Formen von Scandium besonders interessant: Das geläufigste ist das zu Metall weiter verarbeitbare Scandiumoxid-Pulver. Es hat eine Reinheit von 99,99 Prozent und kostet 1016 bis 1089 USD pro Kilogramm. Dann gibt es die sich im Autobau immer mehr durchsetzende Scandium-Aluminium-Legierung. Diese enthält 2 % Scandium und kostet etwa 45 USD pro Kilogramm. Deutlich teurer ist das reine Scandium-Metall. Bei einer Reinheit von 99,99 % liegt der Preis dafür bei 3194 bis 3339 USD. Manche Industrien benötigen auch Scandium-Metall mit einer Reinheit von 99,999 %, hier liegt der Kilopreis zwischen 5735 und 6025 USD.

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